(57)【要約】【課題】本発明の目的は、簡単な構成で車両の往復走行が可能な自走式装置を提供することにある。【解決手段】車両１４は、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）１８を備える。電気二重層コンデンサ１８が車両１４の駆動電源、すなわち駆動モータＭの駆動電源となる。電気二重層コンデンサ１８は、軌道１２の一端Ａと他端Ｂで充電がなされる。軌道１２の一端Ａと他端Ｂにそれぞれ電気二重層コンデンサ１８を充電するための電源Ｅが設けられる。軌道１２の両端Ａ，Ｂで電気二重層コンデンサ１８が充電される際、電気二重層コンデンサ１８の極性が反転されるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両と、
前記車両が走行する軌道の一端と他端にそれぞれ設置された電源と、
前記車両に設けられ、前記電源から充電がおこなわれ、車両の駆動電源となる電気二重層コンデンサと、
を備え、
前記軌道の一端と他端において、電気二重層コンデンサが逆極性になるように充電される自走式装置。
【請求項２】
前記電源の出力端子が軌道の一端と他端に設けられ、
前記車両に、該電源の出力端子に接触する入力端子が設けられた請求項１の自走式装置。
【請求項３】
前記電源が直流電源であり、軌道の一端の出力端子と他端の出力端子とで出力電圧の正負が異なる請求項２の自走式装置。
【請求項４】
前記出力端子が軌道に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体であり、前記入力端子が該２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である請求項３の自走式装置。
【請求項５】
車両と、
前記車両が走行する軌道の一端と他端にそれぞれ設置された電源と、
前記車両に設けられ、前記電源から充電がおこなわれ、車両の駆動モータの駆動電源となる電気二重層コンデンサと、
を備え、
前記軌道の一端と他端において、電気二重層コンデンサから駆動モータに印加する電圧の極性が反転される自走式装置。
【請求項６】
前記電気二重層コンデンサに充電をおこなう際、充電電圧と電気二重層コンデンサの端子電圧との差によって生じる過電流を検出する過電流検出回路と、
前記過電流の検出をシグナルとして、電気二重層コンデンサから駆動モータへ印加する電圧の極性を反転させる極性反転回路と、
を備えた請求項５の自走式装置。
【請求項７】
前記電源の出力端子が軌道の一端と他端に設けられ、
前記車両に、該電源の出力端子に接触する入力端子が設けられた請求項５または６の自走式装置。
【請求項８】
前記電源が直流電源であり、軌道の一端の出力端子と他端の出力端子とで出力電圧の正負が同一である請求項７の自走式装置。
【請求項９】
前記出力端子が軌道に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体であり、前記入力端子が該２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である請求項８の自走式装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の軌道を車両が自動的に走行する自走式装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレールなどの軌道上を車両が走行する自走式の玩具が種々販売されている。車両は電池を電源としてモータを駆動させ、モータの動力で車輪を回転させる。しかし、電池交換が必要であり、二次電池であれば長時間の充電が必要になる。
【０００３】
電池の代わりに大容量コンデンサを使用し、軌道に取り付けられた電極からコンデンサに充電をおこなう玩具が下記の特許文献１に開示されている。電極のある箇所を車両が通過するたびにコンデンサへの充電がおこなわれる。コンデンサであるので非常に短時間に充電がおこなわれる。また、コンデンサは二次電池と比べて劣化が小さいメリットがある。
【０００４】
軌道がループ状であれば、車両が電極に到達するたびに減少した電気エネルギーの分だけコンデンサに充電をおこない、同じ方向に車両を進行させることができる。しかし、軌道がループ状でない場合、軌道の両端で車両を停止させ、走行方向を反転させなければならない。これらのことを自動的におこなうには、非常に複雑なシーケンスを必要とする。したがって、軌道をループ状にして車両を走行させることが通常である。また、下記の特許文献１の図２に示される回路では、車両の停止と走行方向の反転は不可能である。
【０００５】
【特許文献１】特許第３９８５１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、簡単な構成で車両の往復走行が可能な自走式装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自走式装置は、車両と、前記車両が走行する軌道の一端と他端にそれぞれ設置された電源と、前記車両に設けられ、前記電源から充電がおこなわれ、車両の駆動電源となる電気二重層コンデンサとを備える。前記軌道の一端と他端において、電気二重層コンデンサが逆極性になるように充電される。車両が軌道の両端に到達したとき、電気二重層コンデンサは逆極性になるように充電されるため、車両の走行方向は反転され、車両は軌道を往復走行する。
【０００８】
前記電源の出力端子が軌道の一端と他端に設けられ、前記車両には、該出力端子に接触する入力端子が設けられる。物理的に出力端子と入力端子が接触されて、電気二重層コンデンサの充電がおこなわれる。
【０００９】
前記電源が直流電源であり、軌道の一端の出力端子と他端の出力端子とで出力電圧の正負が異なる。軌道の両端で出力端子の出力電圧の正負を異ならせることにより、電気二重層コンデンサの極性が反転するように充電される。
【００１０】
前記出力端子が軌道に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体であり、前記入力端子が該２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である。
【００１１】
本発明の自走式装置は、車両と、前記車両が走行する軌道の一端と他端にそれぞれ設置された電源と、前記車両に設けられ、前記電源から充電がおこなわれ、車両の駆動モータの駆動電源となる電気二重層コンデンサとを備える。前記軌道の一端と他端において、電気二重層コンデンサから駆動モータに印加する電圧の極性が反転される。車両が軌道の両端に到達したとき、駆動モータに印加する電圧の極性が反転されるため、車両の走行方向は反転され、車両は軌道を往復走行する。
【００１２】
前記電気二重層コンデンサに充電をおこなう際、充電電圧と電気二重層コンデンサの端子電圧との差によって生じる過電流を検出する過電流検出回路と、前記過電流の検出をシグナルとして、電気二重層コンデンサから駆動モータへ印加する電圧の極性を反転させる極性反転回路とを備える。電気二重層コンデンサを充電する際に生じる過電流を検出し、駆動モータへの電圧の印加を反転させる。
【００１３】
前記電源の出力端子が軌道の一端と他端に設けられ、前記車両には、該出力端子に接触する入力端子が設けられる。物理的に出力端子と入力端子が接触して、電気二重層コンデンサの充電がおこなわれる。
【００１４】
前記電源が直流電源であり、軌道の一端の出力端子と他端の出力端子とで出力電圧の正負が同一である。電気二重層コンデンサの極性を保つため、軌道の両端で出力端子の出力電圧の正負を同一にする。
【００１５】
前記出力端子が軌道に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体であり、前記入力端子が該２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の自走式装置は、軌道の両端で電気二重層コンデンサの電極の極性を反転させている。複雑な動作シーケンスを必要としない。電気二重層コンデンサへの充電時に極性が反転するように、軌道の両端で電源の出力端子の電圧の正負を逆にしている。軌道の両端で電気二重層コンデンサの放電・充電をおこなうとき、車両の速度などを現実の車両に近似させることができる。
【００１７】
また、電気二重層コンデンサの極性を反転させるのではなく、駆動モータへの電圧印加極性を反転させることもできる。軌道の両端で電気二重層コンデンサの電荷が減少しているため、充電時に過電流が発生することを利用している。充電時に電気二重層コンデンサに残っている電荷を全て放電することはなく、省エネの点で好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明について図面を用いて説明する。図面では列車などのプラスチック模型を例示するが、それに限定されるものではない。
【００１９】
図１の自走式装置１０は、レールなどの軌道１２の上を車両１４が走行するものである。２本の平行に並んだレールの上に車輪が乗り、車両が走行する。軌道１２はループさせず、一端Ａと他端Ｂを有する。車両１４は駆動モータＭによって車輪１６を回転させて走行する（図２）。駆動モータＭは、小型の直流モータである。車両１４は軌道１２の一端Ａと他端Ｂで走行方向を変え、軌道１２を往復走行する。
【００２０】
車両１４は、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）１８を備える。電気二重層コンデンサ１８が車両１４の駆動電源、すなわち駆動モータＭの駆動電源となる。電気二重層コンデンサ１８は、軌道１２の一端Ａと他端Ｂで充電がなされる。軌道１２の一端Ａと他端Ｂにそれぞれ電気二重層コンデンサ１８を充電するための電源Ｅが設けられる。
【００２１】
電気二重層コンデンサ１８は電池とは異なり、無極性の蓄電デバイスである。電気二重層コンデンサ１８の各電極の極性は、充電時に決定される。すなわち、電気二重層コンデンサ１８に対する電流の方向または電圧の極性によって決定される。そのため、軌道１２の両端Ａ，Ｂで電気二重層コンデンサ１８が充電される際、電気二重層コンデンサ１８の極性が反転されるようにする。電気二重層コンデンサ１８の極性が軌道１２の両端Ａ，Ｂで反転されることにより、駆動モータＭへの電圧印加極性が反転し、駆動モータＭの回転方向が反転する。軌道１２の両端Ａ，Ｂで車両１４の走行方向を反転させることができ、車両１４は軌道１２を往復走行できる。
【００２２】
電気二重層コンデンサ１８の充電をおこなうために、例えば定電流充電回路を備える。定電流充電をおこなうと、充電効率がよく、電極電圧も直線的に上昇するためである。定電流充電をおこなう際、軌道１２の両端Ａ，Ｂで電気二重層コンデンサ１８に対する電流の方向が逆になるようにする。
【００２３】
電源Ｅから電気二重層コンデンサ１８へ電気エネルギーを充電するための構成を説明する。軌道１２の両端Ａ，Ｂには電源Ｅの出力端子２０が取り付けられている。車両１４にはその出力端子２０と接触する入力端子２２が設けられている。軌道１２の両端Ａ，Ｂに車両１４が進行したとき、出力端子２０と入力端子２２が接触し、電源Ｅから電気二重層コンデンサ１８へ電気的なループが形成される。
【００２４】
電源Ｅは直流電源である。図１（ｂ）に示すように、軌道１２の一端Ａと他端Ｂの出力端子２０は、正負が異なるようにする。軌道１２の一端Ａと他端Ｂとで入力端子２２に印加される電圧の正負が異なる。電気二重層コンデンサ１８へ定電流充電をおこなう際、電流の方向が軌道１２の両端Ａ，Ｂで異なるようになる。
【００２５】
出力端子２０は、軌道１２に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体である。入力端子２２は、２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である。出力端子２０を軌道１２に平行に並べることにより、車両１４の進行方向と出力端子２０の方向が同一となり、出力端子２０と入力端子２２を接触させながら走行することができる。
【００２６】
また、出力端子２０の長さについて説明する。（１）電気二重層コンデンサ１８は蓄電量と出力電圧とが比例関係にあり、車両１４が進行することにより徐々に駆動モータＭへの印加電圧が低下する（図３）。車両１４は軌道１２の両端Ａ，Ｂに近づくにしたがって、徐々にスピードダウンする。スピードダウンした状態で出力端子２０と入力端子２２とが接触される。
【００２７】
（２）出力端子２０と入力端子２２とが接触したとき、電気二重層コンデンサ１８に電荷が残っていても逆極性に充電されるため、電荷は一気に放電される。放電後、電気二重層コンデンサ１８が逆極性に充電され、駆動モータＭに逆極性の電圧が印加されることにより、ブレーキが掛かり、走行方向が反転する。したがって、出力端子２０と入力端子２２が接触した後、車両１４は一瞬慣性力で進行し、さらにその後にブレーキが掛かり、反対方向に進行することとなる。なお、出力端子２０と入力端子２２の接触により、多少はブレーキがかかる。
【００２８】
（３）車両１４が反対方向に進行しだした際、電気二重層コンデンサ１８は蓄電が完了していない。すなわち、蓄電途中で車両１４が走行を開始する。出力端子２０と入力端子２２とが離れるまでに、充電を完了するようにする。
【００２９】
以上の（１）〜（３）を考慮して、出力端子２０を構成する金属体の長さを決定する。車両１４の進行方向の反転が現実の車両１４に近似させることができる。
【００３０】
本発明は、電気二重層コンデンサ１８が無極性の蓄電デバイスであることを利用して、軌道１２の両端Ａ，Ｂで電気二重層コンデンサ１８の端子電圧の極性が反転するようにした。車両１４の進行方向を軌道１８の両端Ａ，Ｂで反転させることができる。複雑な動作シーケンスは必要なく、単純な構成で現実の車両に近似した走行を実現できる。
【００３１】
次に、他の方法で車両の走行方向が反転される自走式装置を説明する。先の実施形態と同様の部分は説明を省略する場合がある。
【００３２】
図４に示すように、自走式装置３０は、レールなどの軌道１２の上を車両１４が往復走行するものである。先の実施例と同様に、車両１４は電気二重層コンデンサ１８を備え、電気二重層コンデンサ１８を電源として駆動モータＭが動作する（図５）。軌道１２の一端Ａと他端Ｂに電源Ｅを備え、一端Ａと他端Ｂで電気二重層コンデンサ１８に充電がなされる。充電は、定電流充電回路を使用しておこなうことが好ましい。
【００３３】
軌道１２の両端Ａ，Ｂに車両１４が到達した際、電気二重層コンデンサ１８に電荷が大量に残っていた場合、その電荷を放電させることは、省エネを考えると好ましくない。電気二重層コンデンサ１８には、車両走行時に減少した電荷を補充されることが好ましい。この場合、軌道１２の両端Ａ，Ｂにおいて、駆動モータＭの回転方向を電気回路で反転させることが必要となる。
【００３４】
駆動モータＭが直流モータであれば、図５に示すように、駆動モータＭの周辺回路としてスイッチＳ１，Ｓ２を使用し、電圧印加極性を変えることにより、回転方向を変えることができる。
【００３５】
スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えるために、過電流検出回路３２と制御部３４を備える。過電流検出回路３２は、電気二重層コンデンサ１８に充電をおこなう際、充電電圧と電気二重層コンデンサ１８の端子電圧との差によって生じる過電流を検出する回路である。
【００３６】
先の実施形態で説明したように、車両１４が走行することにより、電気二重層コンデンサ１８の電荷が徐々に少なくなる。軌道１２の両端Ａ，Ｂに車両１４が到達したとき、電気二重層コンデンサ１８の端子電圧は低下している。したがって、電気二重層コンデンサ１８の端子電圧と充電電圧との差が大きくなり、電気二重層コンデンサ１８の充電電流に過電流が生じる（図６）。過電流検出回路３２は、この過電流を検出する。なお、過電流によって電気二重層コンデンサ１８の電荷が放電されるが、一瞬であるため充電への影響はほとんどない。
【００３７】
制御部３４は、過電流をシグナルとしてスイッチＳ１，Ｓ２を切り替える回路である。制御部３４とスイッチＳ１，Ｓ２は、駆動モータＭへの極性反転回路４０として動作する。
【００３８】
過電流検出回路３２としては微小抵抗を利用することができる。制御部３４は、微小抵抗が検出した過電流による電圧の変化を利用してパルスを生成する回路であり、例えば、図７に示すようなＮＯＴ回路３６とＣＭＯＳのゲートＩＣ（カウンタ）３８を組み合わせた回路が使用できる。スイッチＳ１，Ｓ２は、ゲートＩＣ３８の出力パルスによって電気的なオン・オフが可能なＦＥＴなどの半導体スイッチが使用できる。なお、図５ではスイッチＳ１，Ｓ２によって駆動モータＭへの印加電圧極性が反転できる構成であることを示しており、ＦＥＴを使用して図５と同等のスイッチＳ１，Ｓ２を実現すれば具体的な回路構成は限定されない。
【００３９】
図７に制御部３４の具体的な動作を説明する。ゲートＩＣ３８がクロックの立ち下がりでカウントする構成であるとする。図７のように、過電流を検出したときの電圧をＮＯＴ回路３６で反転させてゲートＩＣ３８に入力すれば、クロックの立ち下がりで出力パルスのオン・オフを切り替えることができる。すなわち、軌道１２の両端Ａ，Ｂで過電流を検出するたびに出力パルスがオンまたはオフされ、スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えることができ、駆動モータＭへの電圧印加極性を反転させることができる。
【００４０】
軌道１２の両端Ａ，Ｂには電源Ｅの出力端子２０が取り付けられている。車両１４にはその出力端子２０と接触する入力端子２２が設けられている。電源Ｅは直流電源である。図４に示すように、軌道１８の一端Ａと他端Ｂとで、出力端子２０の出力電圧の正負が同一になるようにし、軌道１２の一端Ａと他端Ｂとで入力端子２２に印加される電圧の正負が同一になるようにする。先の実施形態とは異なり、電気二重層コンデンサ１８の極性を反転させないため、両端Ａ，Ｂの出力端子２０の出力電圧は、正負が一致するようにする。
【００４１】
出力端子２０は、軌道に対して平行に並んだ所定長の２本の金属体である。入力端子２２は、２本の金属体にそれぞれ接する２つの金属端子である。出力端子２０と入力端子２２が接触することにより、電気二重層コンデンサ１８の充電が開始される。
【００４２】
出力端子２０の長さについて説明する。（１）先の実施形態と同様に、車両１４が軌道１２の両端Ａ，Ｂに近づくにしたがって、徐々にスピードダウンする。そのスピードダウンした状態で、出力端子２０と入力端子２２が接触する。
【００４３】
（２）出力端子２０と入力端子２２とが接触した瞬間、電気二重層コンデンサ１８の端子電圧は低くなっているため、その端子電圧と充電電圧との差が大きく、充電電流に過電流が生じる。過電流検出回路３２が過電流を検出し、極性反転回路によって電気二重層コンデンサ１８と駆動モータＭとの接続が切り替えられ、駆動モータＭの回転方向が反転する。過電流が生じた際、車両１４は慣性力で走行し、駆動モータＭが反転することにより、ブレーキが掛かり、反対方向に進行することとなる。
【００４４】
（３）車両１４が反対方向に進行しだした際、電気二重層コンデンサ１８の充電が完了していない。すなわち、充電途中で車両１４が走行を開始する。出力端子２０と入力端子２２とが離れるまでに、充電を完了するようにする。
【００４５】
上記（１）〜（３）を考慮して、出力端子２０を構成する金属体の長さを決定する。車両１４の進行方向の反転が現実の車両に近似させることができる。
【００４６】
以上のように、簡単な回路構成により、駆動モータＭへの電圧印加極性が反転される。電気二重層コンデンサ１８の極性は保たれており、軌道１２の両端Ａ，Ｂで放電することはなく、電源Ｅの消費エネルギーを低減できる。
【００４７】
以上、本発明について実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。入力端子２２を車両１４の車輪１６にし、出力端子２０をレールにすることも可能である。鉄道に近似させることができる。鉄道以外に、所定の軌道を走行する自動車やモノレールなどであってもよい。
【００４８】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】自走式装置の外観を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図２】自走式玩具の軌道の端部付近での軌道と車両を示す図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図３】車両の電気二重層コンデンサの充電状態を示す図である。
【図４】軌道の両端の出力端子の極性を同一にさせた図である。
【図５】モータの極性を反転させるための回路図である。
【図６】過電流と電気二重層コンデンサの充電状態の関係を示す図である。
【図７】過電流を検出後、モータの極性を反転させる構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０、３０：自走式装置
１２：軌道
１４：車両
１８：電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）
２０：出力端子
２２：入力端子
３２：過電流検出回路
３４：制御部
３６：ＮＯＴ回路
３８：ゲートＩＣ
４０：極性反転回路
【図１】
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【図２】
2010017266.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010017266.tif 000008
【図７】
2010017266.tif 000009